一种用于隧道施工的收敛监测系统技术方案

一种用于隧道施工的收敛监测系统，本发明专利技术通过节点测量模块将施工过程中现场的收敛量及时准确地测量出来，并转换为可以方便传输的数字信号，通过通讯模块传送给远程控制主机进行分析处理，同时通过通讯模块，远程控制主机可以将指令传送到节点测量模块，并快速及时获取监测数据等，本发明专利技术具有成本低、体积小、观测迅速等特点，特别适用于软岩隧道、大断面隧道、盖挖法基坑等通视条件差、现场施工环境复杂、结构变形监测频率地下工程施工、科研等项目。

Convergence monitoring system for tunnel construction

A monitoring system for convergence of tunnel construction, the construction site of the convergence process timely and accurately measured by measuring node module, and can be easily converted to a digital signal transmission, the communication module is transmitted to the remote control host computer analysis and processing, and through the communication module, the remote control host can command transfer to node measurement module, and timely access to the monitoring data, the invention has the advantages of low cost, small volume, observation rapidly, especially suitable for soft rock tunnel, large section tunnel, cover excavation method of foundation pit visibility condition and complex construction environment, the construction of scientific research, structural deformation monitoring frequency of underground engineering project.

【技术实现步骤摘要】
一种用于隧道施工的收敛监测系统
本专利技术涉及一种收敛监测系统,具体涉及一种用于隧道施工的自动化收敛监测系统。
技术介绍
已知的，随着我国隧道施工技术的不断进步，针对以前无法修建的长大隧道、软岩隧道以及复杂地质情况下隧道的施工，现在也都进入了建设阶段，但是为了确保这类复杂地段隧道的正常施工和安全施工，有效避免隧道坍塌、关门等事故的发生，隧道信息化施工技术需要不断的提高，以适应当前隧道施工的要求。在隧道施工过程中，目前的收敛量测方法均存在着成本较高，设备体积较大，操作不方便等弊端，因此，急需开发出一套适用于隧道安全快速施工的实时自动化收敛量测设备和现场应用的技术，应用于软岩隧道、大断面隧道、盖挖法基坑等通视条件差、现场施工环境复杂、结构变形监测频率地下工程施工、科研等项目。
技术实现思路
为克服
技术介绍
中存在的不足，本专利技术提供了一种用于隧道施工的收敛监测系统，本专利技术通过节点测量模块将施工过程中现场的收敛量及时准确地测量出来，并转换为可以方便传输的数字信号，通过通讯模块传送给远程控制主机进行分析处理，同时通过通讯模块，远程控制主机可以将指令传送到节点测量模块，并快速及时获取监测数据等，本专利技术具有成本低、体积小、观测迅速等特点。为实现如上所述的专利技术目的，本专利技术采用如下所述的技术方案：一种用于隧道施工的收敛监测系统，由测量模块、姿态监测模块、姿态调整模块、节点控制模块和电源智能管理模块构成节点测量模块，节点测量模块通过通讯模块将测量的数据传送给远程控制主机；所述测量模块用于测量隧道的收敛量；所述姿态监测模块将测量模块的姿态信息传送到节点控制模块；所述姿态调整模块根据节点控制模块反馈的数据调整测量模块的姿态；所述节点控制模块对测量模块的测量频次进行操控，并对测量信号进行分析处理和数据转换；所述电源智能管理模块为测量模块、姿态监测模块、节点控制模块和姿态调整模块供电，并实现电源转换、电源调节及电源控制。所述的用于隧道施工的收敛监测系统，所述测量模块中的节点测量单元利用激光相位法测量技术，用无线电波段的频率，对激光束进行幅度调制并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟，再根据调制光的波长，换算此相位延迟所代表的距离，其中节点测量单元的分辨率达到0.1mm，测量精度达到0.5mm。所述的用于隧道施工的收敛监测系统，所述姿态监测模块包括三轴MEMS陀螺、三轴MEMS加速度计和三轴磁阻型磁强计，所述三轴MEMS陀螺用于测量载体三个方向的绝对角速率，所述三轴MEMS加速度计用于测量载体三个方向的加速度，在系统工作中，感知系统水平方向的倾斜，进而修正三轴MEMS陀螺在俯仰和滚动方向的漂移，所述三轴磁阻型磁强计测量三维地磁强度，提供方向角的初始对准以及修正方位角漂移。所述的用于隧道施工的收敛监测系统，所述姿态调整模块包括DC/DC模块、嵌入式智能控制模块、Y轴驱动模块和Y轴执行马达及X轴驱动模块和X轴执行马达，所述DC/DC模块接入外部DC12V电源经稳压和滤波后输出两路电压，其中一路直接输出DC12V电源供给X轴驱动模块和Y轴驱动模块，另外一路输出DC5V电压供给嵌入式智能控制模块，所述嵌入式智能控制模块通过RS485通讯和外部设备进行数据交换，获取控制指令，根据外部指令，发出控制脉冲由Y轴驱动模块和X轴驱动模块放大后驱动Y轴执行马达和X轴执行马达进行姿态的调整。所述的用于隧道施工的收敛监测系统，所述节点控制模块包括嵌入式控制模块、通讯转换模块和无线发射接收模块，所述无线发射接收模块采用ZigBee无线通讯方式与远程控制主机进行数据交换，响应和执行远程控制主机的命令，其中嵌入式控制模块内部采用RS485工业总线通讯模式，通过通讯转换模块连接符合RS485协议的测量模块，在工作时，首先由远程控制主机发出指令，嵌入式控制模块通过无线发射接收模块获取指令，并控制测量模块执行数据采集指令，数据采集完成后，由嵌入式控制模块根据对测量模块内数据进行查询获取相应的数据并进行分析后，通过无线发射接收模块上传数据至远程控制主机。所述的用于隧道施工的收敛监测系统，所述电源智能管理模块包括蓄电池管理单元、电源检测单元、整流滤波回路、DC/DC转换回路和蓄电池，所述整流滤波回路和DC/DC转换回路将市电转换为DC12V电压为系统供电，同时由蓄电池管理单元监测蓄电池的状态，判断是否给蓄电池进行充电操作，如果蓄电池电量不足，将对蓄电池进行充电，并监测整个充电过程，保证蓄电池在规定的条件下安全的补充电量，在整个供电系统运行周期内，电源检测单元一直处于工作状态，当检测到市电失电时，电源检测单元马上执行切换，系统由市电供电被切换到蓄电池供电，以保证节点设备的稳定运行。所述的用于隧道施工的收敛监测系统，所述通讯模块为在隧道洞内采用ZigBee网络无线数据传输器点对点式进行传输，若隧道距离较长，可由多个中继无线传输模块自动构成数据传送链，将测量数据从监测点传送到远程控制管理中心。所述的用于隧道施工的收敛监测系统，所述远程控制主机通过远程通讯网络实现对节点测量模块的操作控制。采用如上所述的技术方案，本专利技术具有如下所述的优越性：本专利技术所述的一种用于隧道施工的收敛监测系统，本专利技术通过节点测量模块将施工过程中现场的收敛量及时准确地测量出来，并转换为可以方便传输的数字信号，通过通讯模块传送给远程控制主机进行分析处理，同时通过通讯模块，远程控制主机可以将指令传送到节点测量模块，并快速及时获取监测数据等，本专利技术具有成本低、体积小、观测迅速等特点，特别适用于软岩隧道、大断面隧道、盖挖法基坑等通视条件差、现场施工环境复杂、结构变形监测频率地下工程施工、科研等项目。【附图说明】图1是本专利技术的系统原理图；【具体实施方式】通过下面的实施例可以更详细的解释本专利技术，本专利技术并不局限于下面的实施例；结合附图1所述的一种用于隧道施工的收敛监测系统，为适应软岩隧道施工的特点和环境，满足收敛量测的精度要求，由测量模块、姿态监测模块、姿态调整模块、节点控制模块和电源智能管理模块构成节点测量模块，节点测量模块通过通讯模块将测量的数据传送给远程控制主机；进一步，所述测量模块用于测量隧道的收敛量，其中测量模块中的节点测量单元利用激光相位法测量技术，用无线电波段的频率，对激光束进行幅度调制并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟，再根据调制光的波长，换算此相位延迟所代表的距离，其中节点测量单元的分辨率达到0.1mm，测量精度达到0.5mm；进一步，所述姿态监测模块将测量模块的姿态信息传送到节点控制模块，姿态监测模块包括三轴MEMS陀螺、三轴MEMS加速度计和三轴磁阻型磁强计，所述三轴MEMS陀螺用于测量载体三个方向的绝对角速率，所述三轴MEMS加速度计用于测量载体三个方向的加速度，在系统工作中，感知系统水平方向的倾斜，进而修正三轴MEMS陀螺在俯仰和滚动方向的漂移，所述三轴磁阻型磁强计测量三维地磁强度，提供方向角的初始对准以及修正方位角漂移；进一步，所述姿态调整模块根据节点控制模块反馈的数据调整测量模块的姿态，姿态调整模块包括DC/DC模块、嵌入式智能控制模块、Y轴驱动模块和Y轴执行马达及X轴驱动模块和X轴执行马达，所述DC/DC模块接入外部DC12V电源经稳压和滤波后输出两路电压，其中一路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于隧道施工的收敛监测系统，其特征是：由测量模块、姿态监测模块、姿态调整模块、节点控制模块和电源智能管理模块构成节点测量模块，节点测量模块通过通讯模块将测量的数据传送给远程控制主机；所述测量模块用于测量隧道的收敛量；所述姿态监测模块将测量模块的姿态信息传送到节点控制模块；所述姿态调整模块根据节点控制模块反馈的数据调整测量模块的姿态；姿态调整模块包括DC/DC模块、嵌入式智能控制模块、Y轴驱动模块和Y轴执行马达及X轴驱动模块和X轴执行马达，所述DC/DC模块接入外部DC12V电源经稳压和滤波后输出两路电压，其中一路直接输出DC12V电源供给X轴驱动模块和Y轴驱动模块，另外一路输出DC5V电压供给嵌入式智能控制模块，所述嵌入式智能控制模块通过RS485通讯和外部设备进行数据交换，获取控制指令，根据外部指令，发出控制脉冲由Y轴驱动模块和X轴驱动模块放大后驱动Y轴执行马达和X轴执行马达进行姿态的调整；所述节点控制模块对测量模块的测量频次进行操控，并对测量信号进行分析处理和数据转换；所述电源智能管理模块为测量模块、姿态监测模块、节点控制模块和姿态调整模块供电，并实现电源转换、电源调节及电源控制。...

【技术特征摘要】
1.一种用于隧道施工的收敛监测系统，其特征是：由测量模块、姿态监测模块、姿态调整模块、节点控制模块和电源智能管理模块构成节点测量模块，节点测量模块通过通讯模块将测量的数据传送给远程控制主机；所述测量模块用于测量隧道的收敛量；所述姿态监测模块将测量模块的姿态信息传送到节点控制模块；所述姿态调整模块根据节点控制模块反馈的数据调整测量模块的姿态；姿态调整模块包括DC/DC模块、嵌入式智能控制模块、Y轴驱动模块和Y轴执行马达及X轴驱动模块和X轴执行马达，所述DC/DC模块接入外部DC12V电源经稳压和滤波后输出两路电压，其中一路直接输出DC12V电源供给X轴驱动模块和Y轴驱动模块，另外一路输出DC5V电压供给嵌入式智能控制模块，所述嵌入式智能控制模块通过RS485通讯和外部设备进行数据交换，获取控制指令，根据外部指令，发出控制脉冲由Y轴驱动模块和X轴驱动模块放大后驱动Y轴执行马达和X轴执行马达进行姿态的调整；所述节点控制模块对测量模块的测量频次进行操控，并对测量信号进行分析处理和数据转换；所述电源智能管理模块为测量模块、姿态监测模块、节点控制模块和姿态调整模块供电，并实现电源转换、电源调节及电源控制。2.根据权利要求1所述的用于隧道施工的收敛监测系统，其特征是：所述测量模块中的节点测量单元利用激光相位法测量技术，用无线电波段的频率，对激光束进行幅度调制并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟，再根据调制光的波长，换算此相位延迟所代表的距离，其中节点测量单元的分辨率达到0.1mm，测量精度达到0.5mm。3.根据权利要求1所述的用于隧道施工的收敛监测系统，其特征是：所述姿态监测模块包括三轴MEMS陀螺、三轴MEMS加速度计和三轴磁阻型磁强计，所述三轴MEMS陀螺用于测量载体三个方向的绝对角速率，所述三轴MEMS加速度计用于测量载体三个方向的加速度，在系统工作中，感知系统水平方向的倾斜，进而修正三轴MEM...

【专利技术属性】
技术研发人员：王刚，林纯鹏，赵宝华，于少辉，杨壮志，汪玉华，刘涛，
申请(专利权)人：中铁隧道集团有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41